Conception d'un système de navigation sans fil à faible consommation pour les personnes malvoyantes

Designing a wireless navigation system with low consumption for the visually impaired

• Auteur / Autrice : Thanh Huong Nguyen
• Direction : Tân-Phu Vuong, Nicolas Vuillerme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquence
• Date : Soutenance le 14/11/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (Grenoble, Isère, France ; Chambéry ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Ke Wu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tân-Phu Vuong, Anthony Ghiotto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yvan Duroc, Michel Aillerie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de communication sans fil

Handicapés visuels

Mots clés libres

Système sans fils

Miniaturisation d'antenne

Aide à la navigation

Faible consommation

TDU

Electrotactile

Wireless system

Antenna miniaturization

Navigation aid

Low consumpmation

TDU

Electrotactile

Résumé

Au cours des dernières décennies, le développement rapide de la technologie sans fil et micro-électronique a provoqué un profond impact sur notre vie quotidienne. Parallèlement à la tendance, les technologies d'assistance ont été révolutionnées en termes de miniaturisation et de portabilité. Les traditionnels encombrants systèmes de dispositifs aidés, à connexion filaire sont maintenant remplacés par d'autres plus compacts, légers et portables. Le nombre de personnes aveugles et ayant une déficience visuelle continue à faire face à de nombreuses difficultés dans la vie quotidienne, en particulier dans la mobilité et la navigation. La théorie de la substitution sensorielle dans laquelle l'information obtenue d'une modalité sensorielle, peut atteindre les structures du cerveau physiologiquement par d'autres modalités sensorielles; par conséquent, il est possible pour les personnes aveugles et malvoyantes d'obtenir les informations désirées par d'autres sens. Sur la base de ces technologies et principes, nous voulons améliorer le Tongue Display Unit, un dispositif de visio-tactile lingual a été inventé par le professeur Bach-y-Rita à un, dispositif à long terme sans fil portable pour la navigation. Afin de rendre ce dispositif autonome, certaines propriétés doivent être étudiées: l'optimisation de la consommation d'énergie (à faire à long terme) et la communication sans fil efficace. Nous avons fait un examen très détaillé afin de choisir les composants optimaux et la méthode adéquate pour notre système. La conception du matériel a été effectuée en choisissant le meilleur algorithme. Le module émetteur-récepteur sans fil basé sur ZigBee contribue à réduire la consommation globale d'énergie. Notre antenne omnidirectionnelle est appropriée pour une utilisation chez les personnes aveugles qui ne peuvent pas être orientés à l'avance. Nous avons modifié tous les composants de la TDU, du matériel au logiciel, à partir du contrôleur à l'actionneur. La conception de l'ensemble d'électrodes n'est pas rectangulaire comme traditionnellement mais sous une forme ronde avec un soutien utilisé pour la direction et à la navigation. Enfin, le système a été validé par TDU fonctionnement en temps réel et testé sur les utilisateurs réels. Les performances du système en termes de design et d'énergie ont été améliorées. La communication sans fil est plus efficace et consomme moins d'énergie. Les premiers résultats sur les essais des utilisateurs montrent une assez bonne perception de notre TDU.

Over the last decades, the rapid development of wireless technology and microelectronic has caused a profound impact on our daily lives. Alongside the trend, assistive technologies have revolutionized in terms of miniaturization and wearability. The traditional bulky aided devices systems with wired connection are now replaced by the compact, lightweight and portable ones. The number of blind and visually impaired people continues to deal with many difficulties in daily lives, especially in mobility and navigation. The theory of sensory substitution in which information gained from one sensory modality can reach brain structures physiologically through other sensory modalities; therefore, it is possible for the blind and visually impaired people to get desired information via other senses. Based on these technologies and principles, we want to enhance the Tongue Display Unit, a lingual visuo-tactile device was invented by Professor Bach-y-Rita to a wireless, wearable, long-term device for navigation. In order to make such device, some properties have to be studied: optimization of energy consumption (to make it long-term) and efficient wireless communication. We made a very detailed review in order to choose the optimal components and method for our system. The hardware design was calculated and selected the best algorithm. The ZigBee-based wireless transceiver module contributes to reducing the overall power consumption. Our omnidirectional antenna is appropriate for usage in blind people who cannot orient in advance. We modified all components of the TDU, from the hardware to software, from controller to actuator. The design of the electrode array is not rectangular as traditional but in a round shape which is supportively used for direction and navigation. Lastly the TDU system was validated by real-time operation and tested on real users. The performance of the system in terms of design and energy has been improved. The wireless communication is more effective and consumes less power. The primary results on users' trials show rather good perception on our TDU.